Frankfurtské letiště s novými leteckými spoji

Obr. 1a: Vizualizace projektu s mostními objekty, pohled od východu

V roce 2009 zadal provozovatel Frankfurtského letiště, společnost Fraport AG, inovativní infrastrukturální stavbu propojení dvou stávajících rolovacích drah zahrnujících v sobě mj. pět mostních objektů, které převádějí pojezdy letadel mezi dvěma terminály přes kapacitní dálnici a železnici. Realizace této náročné stavby nyní umožňuje paralelní letecký provoz. Frankfurtské letiště tak daleko lépe kapacitně vyhovuje rostoucím potřebám pasažérů a požadavkům přepravních společností.

Nová přistávací dráha pro paralelní pohyb letadel

V souvislosti s výstavbou nové přistávací dráhy Severozápad na Frankfurtském letišti zadal jeho provozovatel, firma Fraport AG, jeden z nejvýznamnějších podniků ve světovém leteckém businessu, stavbu dvou spojovacích rolovacích drah, včetně pěti souvisejících mostních objektů (obr. 1 a 2). V listopadu 2011 byla nová 2 800 m dlouhá přistávací dráha uvedena do provozu.

Obr. 1b: Rozestavěný stav v červenci 2010

Obr. 1c: Vizualizace projektu s mostními objekty, pohled od západu

Obr. 2: Návrh nové situace letiště  Frankfurt s novou dráhou a rolovacími dráhami s mostními objekty

Stroje přistávající na nové dráze se po mostech přemísťují jižním směrem přes dálnici a železnici, které bezprostředně sousedí s mezinárodním letištěm, na rolovací plochu u obou terminálů. Dokončení stavebního rozšíření umožnilo paralelní letecký provoz na staré a nové dráze, což podstatně lépe vyhovuje stále rostoucí poptávce leteckých společností a nárůstu počtu cestujících. Do roku 2020 má být podle aktuálních prognóz na Frankfurtském letišti odbaveno 90 mil cestujících ročně.

Koncem ledna 2009 byly dle plánu zahájeny stavební práce na nové přistávací dráze. Počátkem září 2009 byla zahájena realizace mostních objektů spojovacích drah. Pro dodržení termínu předání hotového díla bylo ve fázi návrhové a prováděcí dokumentace zásadní expertní know-how, neboť časový prostor pro výstavbu byl velmi úzký. V dubnu 2008 byly zahájeny projekční práce na pěti náročných mostních konstrukcích na frankfurtském letišti s celkovou plochou 40 000 m2. Pověřená projekční kancelář byla postavena před úkol navrhnout, nakreslit a včas dodat na stavbu 600 výkresů tvaru a 800 výkresů výztuže v průběhu necelých šestnácti měsíců. Rozhodující však byl nejprve konstrukční návrh.

Koncepce návrhu: integrální mostní objekty

Obě spojovací rolovací dráhy vedou pojezdy letadel z nové přistávací dráhy severně od dálnice A3 a železnice ICE Frankfurt-Kolín k jižně ležící provozní infrastruktuře letiště. Pro východní rolovací dráhu koncipovali inženýři tři rolovací mosty, pro západní rolovací dráhu pak dva další – všechny pro náročné komplexní podmínky dané požadavkem spolehlivě proveditelné výstavby. Úhly křížení se zmíněnými komunikacemi jsou malé (až 27°, obr. 3 a 7), mosty jsou velmi široké (200 m) a návrhové zatížení letadlem činí úctyhodných 750 t. K tomu dále přistupuje omezení stavební výšky konstrukce na cca 2 000 mm a podmínka provádění stavebních prací bez přerušení provozu na železnici a dálnici (obr. 9 až 12). Výsledkem všech různých vstupních podmínek je komplexní geometrie stavebních objektů – každý z pěti navržených mostů je jiný.

Obr. 3: Půdorys přemostění dálnice v ostrém úhlu k letištní dráze

Obr. 4: Rámová konstrukce mostu v řezu

Detailnější pohled na princip návrhu rolovacího mostu OST 1 (obr. 4 až 6), stejný byl použit u dalších dvou mostů WEST 1 a OST 2, ukazuje obtížnost úkolu. Původní návrh – monolitická konstrukce s 2 000 mm tlustou deskou – by byl realizovatelný pouze za ztížených podmínek, vyšších nákladů a delších stavebních časů, proto byla od projektanta požadována nová koncepce konstrukce. Návrh projektanta, následně na letišti realizovaný, byl předpjatá integrální rámová konstrukce s prefabrikáty průřezu T a monolitickou dobetonávkou mostovky.

Obr. 5: Detail vnitřní podpory

Obr. 6: Detail styku nosníku s podporou

Obr. 7: Ostré křížení rolovací dráhy a jednopoloveho mostu

Obr. 8: Rámová konstrukce mostu v řezu

Založení pilířů a opěrných stěn bylo provedeno na vetknutých vrtaných pilotách. Na nich byly bezspárově vybudovány stěny opěr a pilířů (obr. 9). Nakonec byla z předpjatých prefabrikátů smontována svrchní stavba (obr. 10 až 14), uloženy monolitické dobetonávky a vnesen další stupeň předpětí zabezpečující spojitost konstrukce.

Prefabrikované nosníky, osazované v prvním kroku, byly dodávány z výrobny již včetně předpětí s dodatečnou soudržností a kanálků pro pozdější 2. stupeň předpětí.

Obr. 9: Stav výstavby opěrných stěn a vnitřních podpor, březen 2010

Pečlivá příprava

Výztuž monolitických stěn a prefabrikovaných nosníků je ve stycích navzájem provázána, a proto musela být velmi přesně vyrobena a osazena (obr. 12). Do konstrukce rolovacího mostu OST 1, který má celkovou plochu 20 000 m2, bylo osazeno 275 kusů prefabrikovaných prvků. Tíha některých z nich dosahovala až 95 t. Každý prefabrikát byl jedinečným kusem.

Konstrukční návrhy a stavební postupy byly navzájem sladěny. Nejprve bylo zajištěno rámové spolupůsobení celé konstrukce (obr. 14) a až poté byla betonována monolitická deska. Z těchto důvodů byly vyztuženy a betonovány nejprve závěrné oblasti nad stěnami a pilíři. Náročná byla i vlastní betonáž plochy mostu, kdy bylo potřeba uložit 20 000 m3 betonu v jednom pracovním záběru během 60 h (obr. 15).

Na závěr byly protaženy a předpjaty předpínací kabely 2. stupně předpětí zajišťující spojitost konstrukce.

Obr. 10: Železniční doprava a manipulace rozměrných prefabrikovaných trámů

Obr. 11: Noční montáž trámů z důvodu minimálního omezení provozu na dálnici a železnici

Obr. 12: Přesné usazení trámů do přesahů výztuže opěrných stěn

Prováděcí dokumentace výstavby kon strukce musela být naprosto perfektní, aby tři zúčastněné stavební společnosti byly v daných časech a rozpočtových podmínkách schopny svoji práci optimálně realizovat.

Dipl.-Ing. Stephan Schmidt, vedoucí projektu tendrové a prováděcí dokumentace, zdůraznil důležitost přehledně zpracované dokumentace, zejména u takto komplexních projektů. To lze zajistit tehdy, řeší-li se téměř všechny úkoly jedním softwarem. Pouze tak lze dosáhnout efektivity projekčních prací, neboť je tím redukován přenos dat mezi různými programy.

Obr. 13a: Kotvy předpínací výztuže trámů na opěrách

Obr. 13b: Výřez modelu MKP s jednotlivými prefabrikovanými trámy a geometrií předpínacích kabelů

Jednoduché a dostatečně komplexní modelování

Před započetím úkolu projektant zevrubně analyzoval různé softwarové systémy používané pro návrhy nosných konstrukcí stavebních objektů, které jsou na trhu nabízeny. Rozhodnutí nakonec padlo ve prospěch, tehdy v praxi ještě poměrně nového, řešení spřažených mostů od RIB.

Pro kompletní modely mostů rolovacích drah, návrhy a posouzení rozměrů hlavic pilot a stěn mostních opěr a pro posouzení monolitických dobetonávek byl použit softwarový systém RIBfem PONTI betonverbund. Stephan Schmidt: „Vytkli jsme si za cíl koncipovat model, který by byl snadný na ovládání, avšak současně postihoval nutnou komplexnost tak, abychom optimálně splnili daný úkol. To jsme v nejnovější verzi software nalezli“.

Expertní tým R&D výrobce software (sw) poskytl Schmidtově projekční skupině k náročné úloze rozsáhlou odbornou podporu tak, aby dokázali nové softwarové nástroje v praktických podmínkách optimálně využít. Jednalo se současně o výzvu směrem k výrobcům a vývojářům sw, neboť nová verze programu musela spolehlivě pracovat v náročných praktických podmínkách bez dlouhého testování.

Dosažený úspěch návrhu a realizace hovoří rovněž pro vysokou kvalitu produktu a dobrou komunikaci mezi výrobcem sw a inženýry z projektové kanceláře. „Ručně“ byly řešeny pouze specifické, detailní posudky, např. požární odolnost nebo seizmicita. Pro návrh pilot byl použit software od stejného výrobce (RIBTEC ZWAX).

„Nové spojovací rolovací dráhy na Frankfurtském letišti pro nás znamenaly celou řadu technických a organizačních úkolů, které jsme museli vyřešit“, hodnotí Stephan Schmidt. Bylo zapotřebí inženýrské uvažování na nejvyšší možné úrovni, mj. i v oblasti norem. Vzhledem k tomu, že se u těchto mostních objektů nejedná o běžné mosty, ale vztahují se na ně mezinárodní normy ICAO (International Civil Aviation Organisation), byli projektanti nuceni smysluplně přenést známé zásady z oblasti návrhů běžných silničních mostů na tyto specifické objekty letištních drah. Předpisy ICAO totiž neobsahují příslušná pravidla pro navrhování a posuzování mostních objektů tohoto typu. „Byli jsme vděčni, že jsme měli na naší straně spolehlivého partnera, který poskytuje nejen vysoce kvalitní produkty, ale i prvotřídní servis s vynikajícím inženýrským know-how“, ocenil Stephan Schmidt na závěr spolupráci s výrobcem software. I na tomto závisí úspěch náročných komplexních projektů, jako byl tento.

Obr. 14: Podhled na provedení mostu s prvky odvodnění

Obr. 15: Výztuž a betonáž mostovky

Obr. 16: Křížení letecké a automobilové dopravy

Závěr

Inženýři z hamburské projekční kanceláře se návrhem a prováděcí dokumentací pěti mostů rolovací dráhy na území Frankfurtského letiště chopili průkopnického úkolu. Tyto komplexní, integrální mostní objekty nad železnicí a dálnicí jsou světovou novinkou v oblasti infrastrukturních staveb a vyžádaly si vysoké inženýrské know-how. Kromě toho musela být jejich práce hospodárná. Za tím účelem byla na začátku projekčních prací pořízena zcela nová verze softwaru. Tehdejší produktová novinka tak byla hned na svém počátku konfrontována s maximálními požadavky praxe. Jinak řečeno, dvojnásobná premiéra v navrhování inženýrských staveb byla zvládnuta.

Tab. 1: Účastníci a termíny projektu